CN104109330A - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于汽车无缝仪表板的聚丙烯复合材料，由以下重量百分含量的原料组成：丙烯-乙烯嵌段的共聚聚丙烯50-70％、聚乙烯3-10％、热塑性弹性体5-30％、滑石粉5-30％、复合光热稳定剂0.5-3％、润滑剂0.1-1％、耐刮擦助剂0.5-4％、着色剂0-5％。该用于汽车无缝仪表板的聚丙烯复合材料能够表现出优良的抗低温冲击性能，特别是能满足-35℃韧性破裂的多轴低温冲击性，同时还具有耐刮擦、耐候、低总碳等特性，可达到高档汽车无缝爆破仪表板的要求。本发明还公开了该聚丙烯复合材料的制备方法，其操作简单，无需特殊的设备，成本低，适于工业化生产。

Description

一种聚丙烯复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法和在制备汽车无缝仪表板中的应用。

背景技术

汽车是现代社会中最为重要的交通工具之一，2013年全国汽车产销2211.68万辆和2198.41万辆，比上年分别增长14.8％和13.9％。然而汽车却是能源消耗大户，为了节约能源汽车工业未来将向节能、环保、安全等方向发展。据报道，一般汽车部件减重1％，就可以节油1％；这就要求所用的汽车材料具有质量轻、加工简单、易回收等特点。

聚丙烯是一种综合性能优良的通用热塑性塑料，具有价格低廉、质量轻、耐溶剂、弹性良好、刚性、易回收、无毒等特点，是最重要的汽车轻质材料，它不仅可减轻汽车零部件约40％的质量，而且还可以使采购成本降低40％左右，在汽车零部件领域被广泛采用，已经广泛的应用在汽车内饰件上，如仪表板、副仪表板、门板、立柱、手套箱、杂物箱、方向盘等。

当前，汽车仪表板按安全性可分为无气囊仪表板和有气囊仪表板。随着人们对安全性的重视，对有气囊仪表板需求加大，主机厂也将此作为买点之一。气囊打开在保护乘客的同时，也可能伤害乘客，尤其是儿童。因此，国际上部分新车型的仪表板气囊已开始加装开关。为气囊的正常开启，在气囊上方多设计有气囊盖板，在其打开时释放气囊。但其与仪表板匹配处存在可视装接线，影响整车美观。为此，近年愈来愈多车型的仪表板设计为无缝气囊仪表板，既能保证气囊正常开启，又无可视装接线。有气囊仪表板是在气囊爆破处预先设计破裂线，从而当汽车碰撞时容易裂开，因此，只有使用高抗冲击的特殊改性材料才能使得气囊爆破时不至于出现尖锐形状的碎片。

目前，已有关于改性聚丙烯混合物用在无缝仪表板的研究报道。公开号为CN1886454A(申请号为200480035449.6)的专利申请中公开了用于无缝气囊盖的一种树脂混合物或用于有气囊盖的无缝仪表板的一种树脂混合物，由以下重量百分含量的原料组成：PP树脂50％～90％、热塑性弹性体0～20％份以及滑石粉10％～30％，表现出在抗冲击性和刚性制件良好的平衡，可用于无缝仪表板。可见，该研究主要是通过平衡聚丙烯的刚性和韧性来满足仪表板使用要求。

出于安全、环保和舒适性等方面的考虑，世界各大汽车公司对汽车无缝仪表板用聚丙烯材料都制定了相应的标准要求，一般要求具备以下特点：除了要求气囊在常温爆破下无尖锐碎片外，还要求低温-35℃同样满足爆破要求，这样就需要材料具有更优异的低温冲击性能，能承受一定的冲击载荷；良好的耐候性，可确保10年以上的使用寿命；良好的耐刮擦性；低量的挥发性有机化合物(VOC)等。因而，如果能开发一种具有优异的耐刮擦性、耐低温冲击性、耐候性、低VOC的无缝仪表板的聚丙烯材料，那将会具有广阔的市场前景。

发明内容

本发明提供了一种聚丙烯复合材料，具有优异的低温冲击性能、良好的耐刮擦性和耐候性、低VOC，可应用于中高档汽车无缝仪表板。

一种聚丙烯复合材料，由以下重量百分含量的原料组成：

本发明中，以丙烯-乙烯嵌段的共聚聚丙烯、聚乙烯、热塑性弹性体和滑石粉为主要材料，并添加复合光热稳定剂、润滑剂、耐刮擦助剂和着色剂，使得各组分组合在一起体现了优异的力学性能。

所述的丙烯-乙烯嵌段的共聚聚丙烯中：丙烯基的摩尔百分含量为80％～90％，乙烯基的摩尔百分含量为10％～20％。这类高乙烯基摩尔百分含量的丙烯-乙烯嵌段共聚聚丙烯在常温下具有良好的冲击性能，可进一步改善聚丙烯复合材料的冲击性能。所述的丙烯-乙烯嵌段的共聚聚丙烯的熔体流动速率在230℃×2.16kg条件下为10g/10min～100g/10min，进一步优选为15g/10min～60g/10min。15g/10min～60g/10min高流动性的共聚聚丙烯作为改性材料的基体树脂可提高材料流动性，更易于汽车较大制件仪表板的加工注塑；而具有过高的熔体流动速率的聚丙烯通常需要在聚合时加入大量低分子过氧化物，以此类共聚聚丙烯为基体树脂制备的聚丙烯复合材料会造成制件气味偏重，VOC偏高，且很难控制材料中挥发性有机化合物的量。

所述的聚乙烯选用高密度聚乙烯、低密度聚丙烯、线性低密度聚乙烯中的一种或两种。聚乙烯可选用市售产品。由于聚丙烯存在常低温冲击性能较差，尺寸稳定性差等缺点，因此添加适当的聚乙烯进行改性，达到良好的韧性。聚乙烯对丙烯-乙烯嵌段的共聚聚丙烯增韧效果十分显著，相互之间能够起到协同作用。其中，高密度聚乙烯、低密度聚丙烯和线性低密度聚乙烯以GB/T11115-2009为标准确定。

所述的热塑性弹性体的玻璃化转换温度低于-45℃并高于-85℃。通过选择玻璃化转换温度低的该类热塑性弹性体，可提高本发明聚丙烯复合材料的低温冲击性能。所述的热塑性弹性体的熔体流动速率一般在230℃×2.16kg条件下为0.3g/10min～20g/10min，密度一般为0.855g/cm3～0.871g/cm3，弯曲模量一般为5MPa～12MPa。作为优选，所述的热塑性弹性体为聚乙烯辛烯共弹性体(POE)。

所述的滑石粉的粒径为0.5微米～15微米，进一步优选为0.5微米～5微米，其中SiO₂重量百分含量大于等于60％，小于等于80％。高目数滑石粉(即粒径为0.5微米～15微米的滑石粉)填充聚丙烯使得材料的结晶度提高，表面硬度也相对提高；另外，本发明的聚丙烯复合材料受到刮擦后，超细滑石粉(即粒径为0.5微米～5微米的滑石粉)在材料表面暴露发白现象较弱，相对于一般滑石粉填充的聚丙烯来说，其耐刮擦性有所提高；此外，选择SiO₂重量百分含量高于60％的滑石粉可进一步增强聚丙烯材料的刚性。

所述的耐刮擦助剂选用硅酮母粒、芥酸酰胺、硅氧烷耐刮擦助剂中的一种或两种。硅氧烷耐刮擦助剂优选德固赛的耐刮擦助剂AS100，该助剂具有高分子量，在本发明聚丙烯复合材料的填料系统中一方面可以与塑料表面的活性基团交联，其交联后成为塑料的一部分，不会再迁移到表面，使得滑石粉与聚丙烯更好地结合，有效地阻止了银纹及裂缝的进一步发展；另一方面，可以明显降低材料表面的摩擦系数，提高爽滑性能，改善表面光泽，降低刮擦划痕的可视度。

所述的复合光热稳定剂选自热氧稳定剂、光稳定剂中的一种或两种。所述的热氧稳定剂可选用酚类抗氧剂(如：瑞士汽巴精化生产的Irganox1010)、亚磷酸酯辅助抗氧剂(如：瑞士汽巴精化生产的Irganox168)中的一种或两种。所述的光稳定剂可选用受阻胺类光稳定剂(如：瑞士汽巴精化生产的Tinuvin770和Chimassorb944)。热氧稳定剂和光稳定剂均可选用市售产品。聚丙烯的耐候性较差，易降解，为了有效利用资源、延长聚丙烯寿命，添加复合光热稳定剂是必须的，这种复合光热稳定剂能防止料在生产过程中的降解，同时提高产品在使用过程中的耐热性、耐光性及变色性，且能有效满足汽车饰件材料的耐候性能。

所述的润滑剂选用市售的聚丙烯蜡、脂肪酸、脂肪酰胺、脂肪酸金属盐(如硬脂酸钙等)中的一种或两种，其能改善材料的加工性能，降低加工能耗，此外，硬脂酸金属盐除有外润滑作用外，还有一定改善流动性和中和残留酸性物质的作用。作为优选，所述的润滑剂选用脂肪酸金属盐。

所述的原料还可以包括0-2％的着色剂，用于改善聚丙烯复合材料的颜色。所述的着色剂可根据需要选用本领域通用的着色剂。

作为优选，所述的聚丙烯复合材料，由以下重量百分含量的原料组成：

所述的丙烯-乙烯嵌段的共聚聚丙烯中：丙烯基的摩尔百分含量为80％～90％，乙烯基的摩尔百分含量为10％～20％，所述的丙烯-乙烯嵌段的共聚聚丙烯的熔体流动速率在230℃×2.16kg条件下为15g/10min～60g/10min；

所述的热塑性弹性体的玻璃化转换温度低于-45℃并高于-85℃；

所述的滑石粉的粒径为0.5微米～5微米，其中SiO₂重量百分含量大于等于60％，小于等于80％；

所述的复合光热稳定剂为热氧稳定剂、光稳定剂中的两种，所述的热氧稳定剂为酚类抗氧剂、亚磷酸酯辅助抗氧剂中的两种；所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂；

所述的润滑剂为脂肪酸金属盐；

所述的耐刮擦助剂为硅酮母粒、芥酸酰胺、硅氧烷耐刮擦助剂中的一种或两种。

在上述特定含量的组分下，从实施例3～5的实验数据可得，该聚丙烯复合材料能够表现出优良的多轴低温抗冲击性能的聚丙烯材料，同时还具有优良的耐刮擦性、耐候性。

本发明还提供了一种聚丙烯复合材料的制备方法，采用现有的双螺杆挤出机即可实现，可操作性强，易于工业化大规模生产。

一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将丙烯-乙烯嵌段的共聚聚丙烯、聚乙烯、热塑性弹性体、滑石粉、复合光热稳定剂、热塑性弹性体、耐刮擦助剂和润滑剂，以及选择性添加的着色剂，混合均匀，得到混合物料；将混合物料放入双螺杆挤出机，从双螺杆挤出机中熔融挤出，经冷却、干燥、切粒，即制得聚丙烯复合材料；

其中，双螺杆挤出机由进料段到机头的温度依次为：190℃-200℃、200℃-220℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃，模头的温度为225℃-235℃。

所述的双螺杆挤出机选用本领域常用的通用设备即可。

本发明的聚丙烯复合材料可用于汽车领域，尤其是用于制备汽车无缝仪表板，也可用于如汽车普通仪表板、门板、护板、方向盘等汽车内饰件。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明采用特定的原料组成制得了能够表现出优良的多轴低温抗冲击性能的聚丙烯材料，同时还具有优良的耐刮擦性、耐候性，可以满足中高档汽车无缝仪表板的要求，是汽车无缝仪表板材料的发展趋势，市场前景广阔，对汽车工业的发展也有巨大的推动作用。

本发明制备方法操作简单，无需特殊的设备，采用现有的双螺杆挤出机即可实现，其制造成本低，适于工业化生产。

具体实施方式

实施例1～5

将共聚聚丙烯(即丙烯-乙烯嵌段的共聚聚丙烯)、聚乙烯、滑石粉、热塑性弹性体、耐刮擦助剂、润滑剂、复合光热稳定剂等组分按表1中重量份的配比在混料机中混合均匀，得到混合后的物料。将混合后的物料由喂料器送入双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机由进料段到机头的温度依次为：190℃、210℃、220℃、220℃、220℃、220℃、220℃、230℃，模头的温度为：230℃。经过双螺杆挤出机高速(螺杆转速为800r/min)剪切、混炼，由机头挤出、拉条、风冷、切粒、干燥和包装，制得聚丙烯复合材料产品。

表1

实施例1～5中所用的原料来源以及主要性能指标如表2：

表2

性能测试

将上述实施例1～5制得的聚丙烯复合材料粒料由注射成型机制备成测试样条。多轴冲击样板，按ASTM D3763-10，采用3mm厚，10mm直径的圆片进行；缺口冲击强度样条，按ISO179，采用Ⅰ型试样进行；密度样条，按ISO1183进行；弯曲模量样条，按ISO178，采用标准试样，即80mm×10mm×4mm进行；拉伸强度样条，按ISO527-2进行，采用Ⅰ型试样进行。进行性能测试以后，其结果见表3：

表3

注：表3中的对比材料为巴塞尔牌号Hostacom EKC330N的聚丙烯(PP)系热塑性聚烯烃料，用于汽车内饰件，具有优良的耐刮痕性和抗冲击性。

*耐刮擦性测试条件为：注射成型样板尺寸为200mm×140mm×3mm，用手持式硬度笔，负荷为10N，在样板表面进行划痕试验，划痕间隔2mm，横纵向各划10～20条线，用色差仪测试划格材料的色泽变化，即△L值，从而鉴别材料的耐刮擦性。此测试条件与大众汽车对聚丙烯内饰材料的耐刮擦性试验和判定方法一致，其中大众对聚丙烯材料的耐刮擦性要求为△L≤1.5。

结论：从上述测试数据可看出，本发明用于汽车无缝仪表板的聚丙烯复合材料的低温多轴冲击性能已优于国外无缝仪表板用聚丙烯，同时具有优良的耐刮擦、低VOC、耐候和力学性能，可用于高档汽车需要爆破的无缝仪表板。

Claims (10)

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下重量百分含量的原料组成：

2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的丙烯-乙烯嵌段的共聚聚丙烯中：丙烯基的摩尔百分含量为80％～90％，乙烯基的摩尔百分含量为10％～20％。

3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的丙烯-乙烯嵌段的共聚聚丙烯的熔体流动速率在230℃×2.16kg条件下为10g/10min～100g/10min。

4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚丙烯、线性低密度聚乙烯中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的热塑性弹性体的玻璃化转换温度低于-45℃并高于-85℃。

6.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的滑石粉的粒径为0.5微米～15微米，其中SiO₂重量百分含量大于等于60％，小于等于80％。

7.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的耐刮擦助剂为硅酮母粒、芥酸酰胺、硅氧烷耐刮擦助剂中的一种或两种。

8.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，由以下重量百分含量的原料组成：

所述的丙烯-乙烯嵌段的共聚聚丙烯中：丙烯基的摩尔百分含量为80％～90％，乙烯基的摩尔百分含量为10％～20％，所述的丙烯-乙烯嵌段的共聚聚丙烯的熔体流动速率在230℃×2.16kg条件下为15g/10min～60g/10min；

所述的热塑性弹性体的玻璃化转换温度低于-45℃并高于-85℃；

所述的滑石粉的粒径为0.5微米～5微米，其中SiO₂重量百分含量大于等于60％，小于等于80％；

所述的复合光热稳定剂为热氧稳定剂、光稳定剂中的两种，所述的热氧稳定剂为酚类抗氧剂、亚磷酸酯辅助抗氧剂中的两种；所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂；

所述的润滑剂为脂肪酸金属盐；

所述的耐刮擦助剂为硅酮母粒、芥酸酰胺、硅氧烷耐刮擦助剂中的一种或两种。

9.根据权利要求1～8任一项所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将丙烯-乙烯嵌段的共聚聚丙烯、聚乙烯、热塑性弹性体、滑石粉、复合光热稳定剂、热塑性弹性体、耐刮擦助剂和润滑剂，以及选择性添加的着色剂，混合均匀，得到混合物料；将混合物料放入双螺杆挤出机，从双螺杆挤出机中熔融挤出，经冷却、干燥、切粒，即制得聚丙烯复合材料；

其中，双螺杆挤出机由进料段到机头的温度依次为：190℃-200℃、200℃-220℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃、220℃-230℃，模头的温度为225℃-235℃。

10.根据权利要求1～8任一项所述的聚丙烯复合材料在制备汽车无缝仪表板中的应用。